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Die meisten selbstgemachten Masken leisten gute Arbeit, Studienergebnisse

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Neue Forschung untersucht die Wirksamkeit gewöhnlicher Haushaltstextilien beim Blockieren von Tropfen

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CHAMPAIGN, IL - Studien weisen darauf hin, dass selbstgemachte Masken zur Bekämpfung der Verbreitung von Viren wie COVID-19 beitragen, wenn sie mit häufigem Händewaschen und körperlicher Distanzierung kombiniert werden. Viele dieser Studien konzentrieren sich auf die Übertragung winziger Aerosolpartikel; Forscher sagen jedoch, dass beim Sprechen, Husten und Niesen größere Tröpfchen entstehen, die Viruspartikel tragen. Aus diesem Grund sagte der Maschinenbauingenieur Taher Saif, dass das etablierte Wissen möglicherweise nicht ausreicht, um die Wirksamkeit einiger Gewebe zu bestimmen, die in selbstgemachten Masken verwendet werden.

Saif, Professor für Maschinenbau und Ingenieurwesen an der University of Illinois, Urbana-Champaign, leitete eine Studie, in der die Wirksamkeit gewöhnlicher Haushaltstextilien bei der Blockierung von Tröpfchen untersucht wurde. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift Extreme Mechanics Letters veröffentlicht.

Aerosolpartikel werden typischerweise als weniger als fünf Mikrometer klassifiziert und liegen im Bereich von Hunderten von Nanometern. Größere Tröpfchen - bis zu einem Durchmesser von etwa einem Millimeter - können jedoch auch ausgestoßen werden, wenn eine Person spricht, hustet oder niest. Diese grösseren Tröpfchen stellen ein Problem dar, weil sie sich mit genügend Schwung durch die Poren einiger Gewebe drücken, in kleinere Tröpfchen zerfallen und in die Luft gelangen können.

Damit sich ein Mensch jedoch gezwungen sieht, eine Maske zu tragen, muss diese bequem und atmungsaktiv sein, so die Forscher.

"Eine Maske aus einem wenig atmungsaktiven Stoff ist nicht nur unbequem, sondern kann auch zu Leckagen führen, da die ausgeatmete Luft um die Gesichtskonturen herum nach außen gedrückt wird, was den Zweck der Maske zunichte macht und ein falsches Gefühl des Schutzes vermittelt", so Saif. "Unser Ziel ist es zu zeigen, dass viele gängige Gewebe den Kompromiss zwischen Atmungsaktivität und der Effizienz des Blockierens von großen und kleinen Tröpfchen ausnutzen"

Das Team testete die Atmungsaktivität und das Tropfenabsperrvermögen von 11 gewöhnlichen Haushaltsgeweben, wobei eine medizinische Maske als Maßstab diente. Die ausgewählten Stoffe reichten von neuen und gebrauchten Kleidungsstücken, gesteppten Tüchern, Bettlaken und Geschirrtüchern. Anschließend charakterisierten die Forscher die Stoffe hinsichtlich ihrer Konstruktion, ihres Fasergehalts, ihres Gewichts, ihrer Fadenzahl, ihrer Porosität und ihrer Wasserabsorptionsrate.

"Die Prüfung der Atmungsaktivität dieser Gewebe war der einfache Teil", sagte Saif. "Wir haben einfach den Luftstrom durch das Gewebe gemessen. Die Prüfung der Tröpfchenblockierfähigkeit ist etwas komplizierter

Im Labor füllen die Forscher die Düse eines Inhalators mit destilliertem Wasser, das mit leicht zu findenden fluoreszierenden Partikeln mit einem Durchmesser von 100 Nanometern besät ist - was zufällig die Größe eines neuartigen Coronavirus-Partikels hat. Wenn der Inhalator gepufft wird, drückt er das Wasser durch die Düse und erzeugt Tröpfchen mit hohem Impuls, die sich auf einer Plastikschale vor dem Inhalator sammeln. Um die Stoffe zu testen, wiederholen die Forscher diesen Vorgang mit den verschiedenen Materialien, die über die Sammelschalen gelegt werden.

"Wir zählen die Anzahl der Nanopartikel, die auf der Schale landen, mit einem hochauflösenden Konfokalmikroskop. Wir können dann das Verhältnis der mit und ohne Gewebe gesammelten Anzahl verwenden, um ein Mass für die Effizienz der Tröpfchenblockierung zu erhalten", sagte Saif.

Das Team maß auch die Geschwindigkeit und Größe der aus dem Inhalator ausgestoßenen Partikel mittels Hochgeschwindigkeitsvideo.

Ihre Analysen ergaben, dass die Tröpfchen den Inhalator mit etwa 17 Metern pro Sekunde verlassen. Tröpfchen, die durch Sprechen, Husten und Niesen freigesetzt werden, haben Geschwindigkeiten im Bereich von 10 bis 40 Metern pro Sekunde, sagten die Forscher.

Was die Größe betrifft, so erkannte das Hochgeschwindigkeitsvideo Tröpfchen mit Durchmessern im Bereich von 0,1 bis 1 Millimeter, die den größeren Tröpfchen entsprechen, die beim Sprechen, Husten und Niesen freigesetzt werden.

"Wir haben festgestellt, dass alle getesteten Stoffe die 100-Nanometer-Partikel, die von Hochgeschwindigkeitströpfchen getragen werden, ähnlich denen, die durch Sprechen, Husten und Niesen freigesetzt werden können, selbst als eine einzige Schicht beträchtlich blockieren", sagte Saif. "Mit zwei oder drei Lagen erreichen selbst die durchlässigeren Gewebe, wie z.B. T-Shirt-Stoff, eine Tröpfchen-Blockiereffizienz, die der einer medizinischen Maske ähnelt, und das bei vergleichbarer oder besserer Atmungsaktivität.

"Unsere Experimentalplattform bietet eine Möglichkeit, Gewebe auf ihre Blockiereffizienz gegen die kleinen und jetzt größeren Tröpfchen zu testen, die durch menschliche Atemwegsereignisse freigesetzt werden

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